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    硬质合金钻头的结构

    时间:2015-08-03 07:25:37来源:本站人气:889

          硬质合金钻头的结构,对钻进效率、使用寿命、钻进规程的确定及操作技术都有一定的影响。因此,注意钻头结构的研究和改进,是提高硬质合金钻进技术的重要方面。

          硬质合金钻头的结构包括钻头的口径、水槽和水日、出刃、合金型号、数目及其排列形式、镶焊角度等。

          1.空白钻头
          空白钻头是由35号或45号钢的无缝钢管车制的。为了减少钻进时岩心堵塞,减少冲洗液循环的阻力和便予卡取岩心,空白钻头内壁要有一个内圆锥度。一般钻头直径小于110毫米时,采用3°25'的锥度;钻头直径大于130毫米时,采用1°47'的锥度??瞻鬃晖返墓娓窦?-5。
          2.水口和水槽
          合金钻头的水口、水槽见图6-6。水口2和水槽4的作用是保证冲洗液畅通,充分冷却钻头和冲洗岩粉。钻头水口形状和大小应根据所钻进岩层岩性、钻头结构形式、冲洗液种类的不同来考虑。钻头水口面积的总和,一般应大干钻头与岩心之间或者钻头与孔壁之间环状断面的面积。如果岩石较软,塑性不大,颗粒粗糙,钻进时岩粉多,则水口相应大些。一般水口高度为8-15毫米,软岩层可增至20毫米。水口数目根据钻头合金排列来确定,为3个、4个、6个不等。从形状上看,水口有三角形、圆弧形、梯形、矩形等(图6-7)。
         合金钻头外出刃一般较小。为了补救环状间隙的不足,在水口上方再开出水槽。水槽断面也有矩形和三角形两种。矩形水槽深度2~3毫米,宽5毫米。三角形深度为1.5毫米,宽度为10~15毫米。水槽方向以顺水流方向为宜,一般倾斜角度为60°~80°,矩形水口与梯形水口的水槽直立的较多。

         3.切削具的排列及出刃
         切削具的排列及出刃应满足如下的要求:

         (1)切削具的排列形式与出刃应对称,保证钻头工作平稳。

         (2)应使每颗切削具工作时受力均匀,磨损均匀。

         (3)应使每颗切削具分别破碎岩石,创造自由面,提高钻进效率,延长使用寿命。

         (4)切削具间隔保持一定的距离,有利于排除岩粉,易于修磨,充分发挥钻头和切削具的效能。

         在实际生产中,为适应各种不同地层钻进的需要,叨削具在钻头上的排列形式很多。归结起来,大体分三种排列形式,即单圈排列、多圈排列与密集排列三种(图6-8)。
          单圈排列钻头适用于研磨性小的软岩石,所需切削具数目少;多圈排列钻头适应研磨性不大、中等硬度的岩石,密集式排列钻头适应研磨性大、坚硬或节理裂隙发育的岩石,所需切削具数目也较多。钻头口径越大,所需切削具数日也越多。

          合金钻头的出刃包括底出刃、内出刃和外出刃。底出刃是钻头破碎岩石的主要部分。由于底出刃的变化,可以使孔底产生不同的阶梯断面(图6-9),增加破碎岩石的自由面,降低破碎岩石时的阻力,延长合金工作时间,达到提高钻进效率的目的。内、外出刃用以保持钻头与岩心、孔壁之间的环状间隙,使冲洗液流通。若适当增加外出刃的合金数,还可以起到补强的作用,使合金钻头直径不致因磨损而过分减小,保证孔径一致,减少下入新钻头的扩孔工作。
          钻头合金出刃的大小,主要根据岩石的性质来决定。对于松软的、塑性大的、遇水膨胀的岩石,出刃应大些。为了防止缩径、泥包和岩心膨胀而造成的蹩水现象,也常常采用肋骨式钻头。对于中等硬度、摩擦性强的、有裂隙的岩石,出刃应小些。

         一般常用的出刃规格及不同口径钻头所需合金数目可参考表6-6和表6-7。
         4.刃尖角和镶嵌角度(图6-10)
         β角为每颗合金磨锐的角度,叫刃尖角。刃尖角越小,越有利于切人岩石,但也越容易磨损。在较软的均质岩石中钻进时,刃尖角一般为45°~60°,在中等硬度的特别是非均质有裂隙的岩石中钻进时,刃尖角应当大些,一般为60°~80°,以提高合金的强度和耐磨性。
         φ角叫前角。前角越大,越有利于排除岩粉。θ角叫后角。后角越大,合金与岩石的摩擦越小。后角受刃尖角与前角的限制,后角过分地大,刃尖角必然要小,合金强度和耐磨程度降低。所以,根据岩性改变镶嵌角度,可以改善合金的工作条件。

         α角为镶嵌角(也叫切削角)。镶嵌角度有三种镶嵌形式:正前角斜镶、直镶、负前角斜镶(图6-11)。
          正前角斜镶时,一般正前角为5°~13°。此种镶法有助于岩粉的排除,切削岩石的阻力较小,但合金刃尖角切入岩石时与岩石相接触的断面较大,所需钻压大,因此不适于钻进完整坚硬的岩石。负前角斜镶时,一般负前角为10°~15°。此种镶法在钻进过程中能保持切削具有最大的刃尖角,适合钻进较硬的、研磨性大的、有裂隙的岩石。总之,不同岩性需要采用不同的刃尖角与镶嵌角(表6-8)。
          5.几种新的硬质合金钻头
          我国广大钻探工人和技术人员,认真贯彻“鞍钢宪法”,在大搞技术革新、技术革命的群众运动中,创造出许多钻进效率高、使用寿命长、经济效果好的硬质合金钻头。下面简要地介绍几种。

          (1)阶梯式肋骨钻头
          此钻头镶小八角合金。肋骨片较厚,水口宽大,刻取岩石时孔底呈阶梯状(图6-12)。
          此种钻头可钻进3-5级岩层,如页岩、砂页岩和胶结不牢的砂岩等。

          (2)单双粒钻头
          此钻头镶小八角合金(图6-13),适于钻进研磨性4~5级及部分6级的铁质、钙质砂岩。煤田软硬互层时,钻进效果更好。
          (3)普通式钻头
          镶5×5×13方柱状合金,也可采用小八角合金,钻头构造如图6-14。此种钻头广泛用于2~5级岩石,如均质大理岩、石灰岩,较酥松软的砂岩、页岩等。
          (4)品字形钻头
          合金排列成品字形。中间为小八角合金,底出刃较大,起掏槽作用,两边的方柱状合金起扩大自由面作用(图6-15)。适用于4~6级中硬岩层,如灰岩、大理岩等。
          (5)负前角阶梯式钻头
          采用方柱状合金。合金与钻头圆周对角排列,并呈10°~15°负前角斜镶。合金底出刃呈三级阶梯。钻进效率高,不易崩刃(图6-16)。
          此种钻头适于钻进5~7级及部分8级中等硬度岩石,特别适合具有研磨性、非均质的岩石,如辉长岩、玄武岩、砂岩、风化的辉绿岩、闪长岩、矽嘎岩、硅化的页岩和石灰岩等。

          (6)螺旋式肋骨钻头
          此型钻头采用K572型号合金。钻头外侧有三块与钻头底唇水平面呈45°角的螺旋肋骨,使冲洗液成螺旋状上升,保证孔底清洁,减少孔底阻力,从而提高钻进速度。适用于2~4级较软地层、覆盖层、粘土层、风化砂岩及铝土页岩等(图6-17)。
          (7)三翼阶梯式钻头
          在地层情况已掌握较准的孔段采用不取心钻进,可大幅度提高回次长度和钻进效率,此型钻头即是不采取岩心钻进用的不取心钻头(图6-18)。
          钻头本体用旧钢粒钻头制成,翼片用钢板制成阶梯形,镶焊K413(或K573)型合金。适用于3-4级页岩及部分5级砂页岩,石灰岩等岩层。
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